KR100485980B1 - 톱니형벨트 - Google Patents

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에스. 넛슨 폴
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더 게이츠 코포레이션
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Abstract

본 발명은 주조(cast) 우레탄 벨트 재료로 된 벨트 몸체, 벨트 톱니(teeth)의 주위 표면을 따라 배치된 내마모성(wear-resistant) 직물 보강재, 및 벨트 몸체내에 매립된, 나선상으로 권취된 코드(cord)와 탄소 섬유의 얀(yarn)으로 된 인장 부재(tensil member)를 구비한 동기(同期) 동력 전달 벨트(synchronous power transmission belt)에 관한 것이다.

Description

톱니형 벨트{TOOTHED BELT}
본 발명은 동력 전달 벨트(power transmission belt)에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 텍스타일 코드(textile cord) 및 동력 전달 벨트의 우레탄 몸체에 매립된 상태의 인장 부재(tensile member)로서 그것을 처리하는 방법에 관한 것이며, 더욱 바람직하게는 톱니형(toothed) 동력 전달 벨트에 관한 것이다.
텍스타일 코드는 오래 전부터 동력 전달 벨트 내의 인장 보강재(reinforcement)로서 사용되고 있다. 코드는 벨트를 형성하는 탄성 중합체(elastomer) 벨트 재료의 몸체 내에 매립되며, 벨트 재료와의 접착을 촉진하고 코드를 형성하는 텍스타일 필라멘트의 변성을 억제하도록 처리된다. 그러나, 이와 같은 처리 방법에 의하면 코드가 너무 경직되므로 코드 또는 벨트의 굴곡 모듈러스(bending modulus)를 유의적으로 손상시킬 수 있다. 따라서, 모든 벨트에 대해 우수한 성능을 갖는 단일의 코드 처리 방법이 존재하지 않는 실정이다. 일반적으로, 코드 재료 또는 벨트 재료를 유의적으로 변화시킬 경우에는 새로운 처리 방법을 강구해야 한다.
예를 들면, 코드 재료가 면, 레이온 또는 나일론이고, 벨트 재료가 네오프렌과 같은 고무인 경우에, 코드 처리 방법은 그 코드를 레조르시놀-포름알데히드-라텍스(RFL)에 침지시킨 후에 코드를 고무와 용매로 이루어진 점착 부여제에 침지시키는 것을 포함할 수 있다.
코드 재료가 폴리에스테르이고, 벨트 재료가 고무인 경우에, 코드 처리 방법은 그 코드를 메틸렌 디페닐렌 이소시아네이트(MDI)에 침지시키는 것을 포함할 수 있다.
코드 재료가 유리 섬유이고, 벨트 재료가 고무인 경우에, 코드 처리 방법은 그 코드를 실란에 침지시킨 후에 코드를 RFL에 침지시키는 단계를 포함할 수 있다.
코드 재료가 아라미드이고, 벨트 재료가 고무인 경우에, 처리 방법은 코드를 에폭시에 침지시킨 후에 RFL에 침지시키고, 이어서 용매 중에 용해된 고무로 이루어진 점착 부여제에 침지시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 벨트 재료의 변화는 코드 처리 방법 또는 코드 선택에도 상당한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 벨트 재료로서의 주조 가능(castable) 우레탄은 코드 처리 재료의 상당 부분을 구성할 수 있다. 우레탄이 액상으로 존재할 경우에, 이것은 코드의 틈새에 침투할 수 있다. 그러나, 모듈러스가 높은 벨트 재료로서 경화된 상태의 우레탄이 코드의 틈새에 침투할 경우, 특정의 코드 재료를 허용 불가능하게 만드는데, 이와 같이 침투된 코드가 허용 불가능한 굴곡 모듈러스를 갖기 때문이다. 또한, 침투하는 우레탄은 그 코드를 포함하는 필라멘트에 과도하게 높은 인장력을 전달하여 허용 불가능한 필라멘트의 파단을 유발하고, 코드를 파단시키는 결과를 초래한다. 경우에 따라서는, 면 및 유리 섬유 코드 재료가 이러한 이유에서 우레탄 벨트 재료와 함께 사용하는 것이 허용되지 않는다.
코드 재료와 관련된 예기치 않은 문제점들 때문에, 코드 처리 방법은 1964 년에 우레탄이 최초로 도입되어 벨트 재료로서 효과적으로 사용된 이래 지난 30 년 이상의 기간에 걸쳐 예측 불가능한 지그-재그(zig-zag) 경로를 이용해 왔다. 1964 년에 허여된 미국 특허 제 3,138,962 호(하인즈 등)을 참조하면, 인장 보강재인 텍스타일 코드가 우레탄 벨트 재료로 된 벨트 몸체에 매립된 동력 전달 벨트가 개시되어 있다. 구체적으로 열거된 코드 재료는 다크론(폴리에스테르), 면, 나일론, 레이온 및 포티산(fortisan)이지만, 당시 바람직한 코드 재료는 폴리에스테르였다. 하인즈 등의 발명의 특징은 미경화된 주조 가능 우레탄이 코드에 완전히 침투하여 코드를 구성하는 섬유에 의해 형성된 틈새를 완전히 충전하는 코드 처리 방법에 있다. 환언하면, 1964 년 당시의 기술수준에서 코드 처리 방법은 코드 틈새를 우레탄 벨트 재료로 100% 완전히 충전시키는 것이었다. 코드를 100% 충전시키는 이와 같은 처리 방법은 수명이 짧았는데, 코드 굴곡 모듈러스가 너무 높았기 때문이며, 따라서 코드 처리 방법을 더욱 개발하기에 이르렀다.
1967 년에 허여된 미국 특허 제 3,349,634 호(터헌 등)을 참조하면, 인장 보강재로서 텍스타일 코드가 우레탄 벨트 재료로 된 벨트 몸체에 매립되어 있는 동력 전달 벨트가 개시되어 있다. 코드 재료로서는 나일론, 레이온 또는 폴리에스테르를 제시하고 있지만, 당시 바람직한 재료는 폴리에스테르였다. 터헌 등은 코드 틈새를 우레탄으로 완전히 침투시키는 처리 방법이 코드와 벨트로 이루어진 고체 덩어리를 만드는 경향이 있기 때문에 탄성을 감소시킨다는 문제점을 인식하였다. 터헌 등의 발명의 특징은 코드를 구성하는 섬유를 충분히 침투하는 재료에 코드를 침지시키는 코드의 전처리에 있다. 당해 발명에서 침지 재료는 이소시아네이트였다. 벨트를 제조하는 동안에 액상 우레탄 벨트 재료는 코드 직경의 10% 이하의 깊이까지 코드에 침투하므로, 동일계 상에서 코드 처리를 완료한다. 이와 같이 코드를 그 직경의 90%까지 이소시아네이트로 충전시켜 전처리하고, 나머지 코드 직경의 10%를 우레탄으로 충전시켜 처리를 완료하는 방법은 현재 폴리에스테르 코드 재료에 대해서는 여전히 사용되고 있다.
1975 년에 허여된 미국 특허 제 3,894,900 호(레드몬드)에는, 아라미드 재료로 된 코드 보강재가 우레탄 벨트 재료로 된 벨트 몸체 내에 매립된 동력 전달 벨트가 개시되어 있다. 레드몬드의 발명의 특징은 주조 가능 우레탄을 벨트 재료로 사용하여 제조되는 동력 전달 벨트용, 탄성 중합체가 없는 표면에 관한 것이다. (예시된 다른 재료들 중에서 특히) 아라미드 재료로 된 텍스타일 코드는 인장 보강재료로서 벨트 몸체에 매립된다. 레드몬드는 발명은 코드가 적당한 재료를 취할 수 있을 정도까지의 코드 처리 방법을 인식한 것이다. 그러나, 레드몬드는 아라미드 코드에 적당한 유형의 재료나 코드를 취하도록 만드는 방법에 대해서는 구별하지 않았다.
예를 들어, 상표명 케블라로 시판되는 아라미드 코드 재료와 우레탄 벨트 재료를 병용하는 방법이 1989 년의 미국 특허 제 4,838,843 호(웨스토프)에 개시되어 있다. 웨스토프의 특허에 개시된 코드 처리 방법은 코드를 우레탄에 매립시키고 우레탄에 의해 실질적으로 포위함으로써, 코드가 600 psi 의 결합가(bonding value)하에 우레탄과 결합하도록 하는 것이다. 따라서, 코드 처리 방법은 벨트 재료인 액상 우레탄이 코드를 구성하는 섬유들에 의해 형성된 틈새의 일부분을 침투하는 것으로 이루어진다.
웨스토프의 특허를 제외한 상기 모든 특허는 구체적으로 개시된 발명과는 거의 무관한 코드 재료의 전면적인 "세탁 리스트(laundry list)" 확인법을 제공하며, 유사하게 대다수는 벨트 재료의 전면적인 "세탁 리스트" 확인법을 제공한다. 코드 재료와 벨트 재료는 신규 재료가 개발됨에 따라 "세탁 리스트"에 연대적으로 추가된다.
또한, 1996 년의 미국 특허 제 5,209,705 호(그레그)에서도 코드 재료와 벨트 재료를 식별하기 위한 "세탁 리스트" 방법을 사용한다. 동력 전달 벨트에 대한 벨트 톱니의 배향과 관련된 발명에 있어서, 상기 특허는 유리섬유, 탄소 섬유, 스틸, 폴리에스테르, 고강력 레이온, 또는 바람직하게는 폴리아라미드와 같은 코드 재료의 전면적인 리스트를 제공한다. 마찬가지로, 상기 특허에서는 폴리클로로프렌, 폴리우레탄, NBR, IIR, IR, SBR, SCM, EPDM 등과 같은 벨트 재료 전반에 걸친 리스트를 제공한다. 그레그는 벨트 재료와 코드 재료를 모든 가능한 조합으로 사용할 수 있지만, 산업상의 경험으로 보아 벨트 재료와 코드 재료의 모든 조합이 효과적으로 작용하는 것은 아니라고 암시하고 있다.
그레그의 특허에 따른 한 가지 가능한 조합은 탄소 섬유로 된 코드 재료와 우레탄으로 된 벨트 재료이다. 문제점은 당해 특허에서 임의의 가능한 코드 재료와 벨트 재료의 조합에 대한 코드 처리 방법을 개시하고 있지 않다는 것이다. 보다 구체적으로, 그레그는 취성(脆性)이 극도로 큰 탄소 섬유를 톱니형 동력 전달 벨트의 우레탄 몸체에서 환상으로 굴곡시킬 때 그것이 너무 이르게 분해되는 것을 방지하고 억제하는데 어떤 유형의 코드 처리 방법이 필요한지를 개시하지 않고 있다. 본 발명은 탄소 섬유로 된 코드 재료가 우레탄 벨트 재료의 벨트 몸체에 매립되어 있을 때의 문제점에 대한 해결 수단에 관한 것이다. 그 문제점은 우레탄 재료로 된 벨트 몸체에 매립되어 있을 때 코드를 처리하는 방법에 의해서 해결된다.
본 발명은, 주조(cast) 우레탄 벨트 재료로 된 벨트 몸체, 상기 몸체로 이루어지고 일정한 피치(pitch)로 이격되어 있는 벨트 톱니, 벨트 톱니의 주위 표면을 따라 배치된 내수성 직물 보강재, 벨트 몸체에 매립된 나선상으로 권취된 코드와 탄소 섬유의 얀으로 된 인장 부재로 구성된 동기(同期) 동력 전달 벨트가 제공한다. 본 발명에 있어서 필수 불가결한 코드 처리 방법은, 벨트가 주조할 때 코드가 최소량의 벨트 재료를 취하도록 하는 단계를 포함한다. 이와 같이, 본 발명에 따라 구성된 벨트는 종래 기술의 벨트, 구체적으로 아라미드 섬유로 구성된 인장 부재를 사용하여 제작한 것에 비해 예외적으로 개선된 결과를 나타낸다.
이하에서는 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 다른 특징과 장점을 상세히 설명하고자 한다.
도 1-2 와 관련하여, 본 발명의 벨트 (10)은 주형 우레탄 벨트 재료로 된 몸체 (12)를 가지며, 벨트 (10)은 몸체로 이루어지고 일정한 피치(P)로 이격되어 있는 벨트 톱니 (14)를 구비한다. 톱니들은 벨트 톱니의 주위 표면을 따라 배치된 내마모성 직물 (16)으로 피복된다. 나선상으로 권취된 코드로 된 인장 부재 (18)이 벨트 몸체에 매립된다.
벨트는 공지의 가공 기법을 사용하여 제조된다. 몸체는 액상 우레탄 재료의 주물이며, 그 재료는 경화되었을 때 동력 전달 벨트에 필요한 물리적인 특성을 갖는다. 예를 들면, 우레탄은 웨스토프에게 허여된 미국 특허 제 4,838,843 호에 개시된 바와 같은 성질을 가지며, 그 우레탄 벨트 재료는 표준 ASTM 공정을 사용하여 테스트했을 때 100% 신장율 하에 약 1500 psi 이상의 인장 모듈러스를 갖는다. 우레탄은 100% 신장율 하에 약 1700psi 이상의 인장 모듈러스를 나타낼 수 있다. 사용할 수 있는 또 다른 우레탄의 예가 패터슨 등에게 허여된 미국 특허 제 5,112,282 호에 개시되어 있다. 내열성을 나타내는 우레탄은 우(Wu)등의 국제 공개 WO 96/02584 호(1996.2.1)에 개시되어 있다. 선택된 우레탄이 무엇이든지, 그 우레탄은 주형하는 동안에 액체 형태로 존재할 때, 이하에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 유동하여 코드의 틈새를 침투할 수 있는 필수적인 성질을 가져야 한다.
벨트의 외층에는 경우에 따라서 다수의 횡방향으로 배향된 홈 (20)이 형성될 수 있다. 반드시 필수적인 것은 아니지만, 홈 (20)은 벨트 중량을 감소시키고 벨트 가요성을 다소 증가시킨다.
상기 몸체로 형성된 이격된 톱니 (14)는 사다리꼴, 곡선형, 또는 끝이 잘린 곡선형과 같은 임의의 바람직한 횡단면 형상을 가질 수 있다. 곡선형 톱니 형상의 예가 밀러의 미국 특허 제 3,756,091 호, 캐시 등의 미국 특허 제 4,515,577 호 및 웨스토프의 미국 특허 제 4,605,389 호에 개시되어 있다.
경화된 우레탄은 높은 마찰계수(예: 약 0.65)를 나타내며, 최고의 벨트 스프로켓(sprocket) 재료이다. 따라서, 마찰계수를 "비-공격적(non-aggressive)"이 되도록(예: 약 0.45 이하) 벨트 톱니를 따라 감소시킴으로써, 벨트 톱니가 스프로켓의 홈을 용이하게 출입할 수 있도록 할 필요가 있다. 벨트 톱니의 주위 표면에 배치된 내마모성 직물 (16)은 내마모성을 제공할 뿐만 아니라, 톱니 전단 강도를 증가시키고 벨트 톱니가 스프로켓의 홈에 들어갈 때 벨트 톱니의 공격성을 감소시킨다. 직물은 레드몬드에게 허여된 미국 특허 제 3,964,328 호에 개시된 바와 같이 낮은 마찰계수를 갖는 것이 바람직하다. 또한 직물은 벨트의 사용 중에 톱니 굴곡을 수용하도록 약간의 신장성을 나타내야 한다. 크림프(crimped) 나일론 직물(15)가 내마모성 직물로서 충분한 것으로 입증되었다.
코드의 형태로 된 인장 부재 (18)은 병렬 이격되는 방식으로 벨트의 폭을 교차하여 나선상으로 권취되어 있다. 코드는 벨트 폭의 약 56% 내지 약 80%를 차지하는 것이 바람직하고, 벨트 폭의 약 64% 내지 약 81%를 차지하는 것이 더욱 바람직하다. 코드는 몸체의 우레탄에 매립되고 그 우레탄에 의해 실질적으로 포위됨으로써, 코드가 우레탄 몸체와 결합할 수 있도록 할 필요가 있다.
인장 부재를 구성하는 코드는 탄소 섬유로 제조되며, 그 예로는 아모코(Amoco)에서 시판하는 탄소 섬유를 들 수 있다. 탄소 섬유는 통상 폴리아크릴로니트릴 섬유와 같은 다른 섬유를 탄화시킴으로써 제조되며, 이때 탄화 공정에 의해서 섬유의 직경은 상당히 감소된다. 탄소 얀은 데니어(denier) 또는 디텍스(detex)보다는 그 내부에 함유된 섬유의 수에 의해 특징지워진다. 수치의 명명 및 문자 "K" 를 사용하여 얀 중의 탄소 섬유의 수를 지정한다. 물론, 탄소 섬유는 필요에 따라서, 이와 같은 용어에 의해 특징지워질 수도 있다. "3K" 탄소 섬유 얀에 있어서, "K"는 "1000 개 섬유"에 대한 약어이고, "3"은 배수를 가리킨다. 따라서, "3K" 탄소 얀은 3000 개의 섬유 또는 필라멘트로 된 얀을 의미한다.
다른 텍스타일 재료와 마찬가지로, 많은 탄소 섬유들이 조합되어 얀을 형성한다. 얀은 다른 얀과 조합되어 보다 큰 얀을 형성할 수 있으며, 그 얀 또는 얀 번들(yarn bundle)이 함께 꼬여서 코드를 형성할 수 있다.
탄소 섬유는 극히 작은 직경을 가지며, 그 직경은 6.5 미크론일 수 있다. 개개의 섬유들은 얀을 가공하여 코드를 형성할 때 쉽게 분열된다. 이러한 이유로, 코드를 형성할 때 얀에 적용되는 기계적인 작업의 수를 극소화시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수 개의 얀을 함께 꼬아서 얀 번들을 형성하고, 그와 같이 겹쳐진 얀 번들을 역으로 꼬아서 코드를 형성하는 방법은 개개의 섬유를 분열시키는 기계적인 작업이다. 꼬임 작업의 수는 감소시킴으로써 분열의 수를 줄일 수 있다.
섬유 제조업자들은 섬유를 얀으로 가공하여 스풀(spool)에 권취할 때 섬유를 윤활시키고 분열을 억제하는 작용을 하는 사이징(sizing)으로 섬유를 피복하는 경우가 있다. 경우에 따라서, 사이징은 동력 전달 벨트 내로 포함시키기 위해 코드를 처리하는데 사용되는 접착제와 상용되는 화학 구조를 가질 수도 있다.
도 2 를 참조하면, 6K-3 코드가 도시되어 있고, 여기서는 6K 탄소 얀의 3 개의 가닥(22,24,26)이 함께 꼬여서(꼬임 배수 2.1) 코드(18)을 형성한다. 단 하나의 얀 가닥(22)가 그 가닥에서 얀의 단부를 도시하고 있으며, 얀 번들(24,26)은 본 발명의 특징을 이해하는데 도움을 주도록 가상선으로 나타내었다.
주조 가능 액체 형태의 우레탄은 극성인 카르복시기를 갖는다. 벨트를 제조하는 주형 과정 중에, 액상 우레탄은 코드를 구성하는 섬유 필라멘트들 사이에 형성된 틈새(28)에서 우레탄이 취하여지는 정도까지 코드를 습윤시키는 것이 중요하다. 아모코에서 시판하는 수성 에폭시 사이징은 극성인 UC309 로 마무리된 것이다. 이와 같은 극성 재료가 바람직한데, 에폭시가 주조 과정 중에 코드를 습윤시킬 수 있기 때문이다.
우레탄과 함께 습윤될 수 있는 탄소 섬유의 성능를 특징지우는 한 가지 방법은 동적 접촉각 측정 장치를 사용하여 탈이온수와 탄소 섬유의 접촉각을 측정하는 것인데, 탈이온수 또한 극성이기 때문이다. 탈이온수와 탄소 섬유의 접촉각이 60 도 이하, 더욱 바람직하게는 45 도 이하인 경우, 벨트를 주조할 때 벨트 재료를 취하게 만들기 위해 필수적인 코드 틈새의 침투를 제공할 수 있는 것으로 측정되었다. 주조하는 동안에 코드에 취하여지는 벨트 재료의 양은 일정한 길이의 생섬유 코드를 평량하고 그것을 최종 벨트로부터 제거된 코드와 비교하여 중량 차이를 측정함으로써 측정될 수 있다. 이러한 방식으로, 코드 부피 1mm3 당 mg 단위로 표시되는 코드가 벨트 재료를 취하는 양을 코드 길이 1mm 마다 측정할 수 있다.
본 발명의 벨트가 아라미드 섬유로 된 인장 부재를 사용하여 제작한 벨트와 같은 종래 기술의 비교용 벨트에 비해 개선된 성능을 나타내는데 충분한 양의 우레탄이 코드에 취하여지는 지점(30)(가상선으로 도시함)까지 최소량의 침투가 존재한다. 이와 같은 침투가 더욱 완결되어 지점(32)(가상선으로 도시함)에 도달함으로써, 코드는 보다 많은 벨트 재료를 취하고, 벨트는 전술한 종래 기술의 벨트에 비해 성능 면에서 상당한 증가를 나타낸다.
도 3 을 참조하면, 종래 기술의 아라미드 인장 부재를 사용한 코드가 도시되어 있다. 코드는 5개의 얀 번들(36,38,40,42,44)를 포함하며, 이때 각각의 얀 번들은 먼저 한 방향으로 꼬여서 가닥을 형성한 후에, 그 가닥들이 반대 방향으로 함께 꼬여서 코드 (34)를 형성한다. 단 하나의 가닥 (36)이 얀 가닥 내의 개개의 얀의 단부를 도시하고 있다. 얀 가닥 (36-42)는 간명한 도시를 위해 가상선으로 도시하였다.
아라미드 섬유는 압축시에 분열되기 쉽지만, 탄소 섬유에 비해 그 정도가 비교적 덜하다. 아라미드 섬유를 얀 제조시에 사이징으로 처리한 후에, 에폭시로 피복하여, 얀을 먼저 한 방향으로 꼬임 처리한 후에 다른 한 방향으로 반대로 꼬아서 얀을 형성할 때 섬유가 분열되는 것을 억제할 수 있다. 에폭시 코팅은 코드(34)를 완전히 밀봉하지 않지만, 틈새 (44)를 남기며, 이 틈새에서 액상 우레탄이 벨트 제조 공정 중에 코드에 침투할 수가 있다. 일정한 지점 (46)을 초월하는 코드의 침투를 배제하도록 주의를 기울여야 하는데, 우레탄을 과다하게 취할 경우 벨트 수명을 감소시키는 결과를 초래하기 때문이다. 벨트 수명의 감소는 코드 틈새를 우레탄으로 완전히 충전시키는 것이 코드와 벨트의 고체 덩어리를 형성하여 탄성을 감소시키는 경향이 있다는 전술한 종래 기술(예: 터헌의 특허)에서 교시되는 문제점에 기인한 것일 수 있다. 이러한 벨트는 굴곡시키기가 더 어려워진다(즉, 굴곡 모듈러스가 증가하거나, 역으로 말하면 코드가 우레탄으로 충전되는 풀리(pulley) 주위를 굴곡시키는 벨트 가요성이 감소된다).
본 발명에 따라서 제조된 벨트는 도 2 및 도 3 에 도시한 유형을 비롯한 임의의 바람직한 유형의 코드 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 벨트는 초기에는 아라미드 코드를 사용하여 제조한 유사한 벨트에 비해서 굴곡시에 경직되어 있다. 종래 기술로부터 예측할 수 있는 바와 같이, 우레탄이 코드의 고체 덩어리를 형성할 정도까지 코드의 틈새를 침투하기 때문에 벨트는 굴곡시에 경직된다. 초기에는 이와 같이 벨트가 경직 상태이므로, 벨트를 수동으로 굴곡시킬 경우에는 꺾이고/균열하는 소리가 들리는 경우가 많다. 꺾이고/균열하는 소리는 코드의 개개의 섬유가 분열되는 결과 들리는 것으로 생각된다. 또한, 벨트차 주위에서 벨트가 작동할 때 벨트에서 현저하게 급격한 인장 강도의 퇴화가 존재하여(예를 들면 500 시간 후에 27% 내지 40%로 감소) 벨트가 사용하기에 부적합하다는 표시를 나타낸다. 아라미드 코드를 사용한 종래 기술의 벨트는 500 시간 후에 50% 내지 53%로의 보다 적은 인장 강도의 쇠퇴를 나타낸다. 요컨대, 꺾이고/균열하는 소리와 인장 강도의 감쇠로 보아서 당업자는 이와 같은 벨트가 (종래 기술에 근거하여) 불충분한 것임을 알 수 있다. 이와는 달리, 본 발명의 벨트는 코드 재료와 코드 처리 방법에 주요한 차이점이 있는 유사한 구성을 가진 종래 기술의 벨트에 비해서 상당히 개선된 것으로 입증되었다.
본 발명의 벨트를 특징지우기 위해, 8 mm 및 14 mm 피치의 벨트를 제조하여 테스트했다. 본 발명에 따라서 제조한 벨트는 탄소 섬유 코드를 포함하고, 코드가 다양한 양의 벨트 재료를 취하도록하는 단계를 포함하는 처리 방법에 따라 처리한 것이다. 본 발명의 벨트는, 코드가 아라미드 재료로 구성되고, 그 아라미드 코드가 다양한 양의 벨트 재료를 취하도록하는 것을 제외하고는 유사한 방식으로 제조된 벨트와 비교하여 품평하였다. 이와 같이 제조된 벨트는 표 1에 나타낸 바와 같은 코드 구조를 갖는다.
[표 1]
Figure pat00005
이와 같이 제조된 벨트를 동력 테스트하고 서로 비교하였다. 동력 테스트는 8 mm 벨트를 24 개의 홈을 가진 풀리 상에서 17.2 내지 25.8 마력으로 200 rpm 하에, 벨트가 파단될 때까지 작동시키고, 또한 14 mm 피치 벨트를 32 개의 홈을 가진 풀리 상에서 60 내지 92.3 마력으로 1750 rpm 하에 벨트가 파단될 때까지 작동시키는 것으로 구성되었다. 도 4를 참조하면, 아라미드 코드를 가지며 우레탄이 0.02 mg/mm3의 양으로 취하여진 8 mm 벨트는 약 400 시간의 최대 벨트 수명에 도달하고, 우레탄이 0.26 mg/mm3의 증가량으로 취하여졌을 때에는 약 160 시간의 벨트 수명에 대해 성능이 감소함을 알 수 있다. 유사하게 14 mm 아라미드 코드 벨트는 약 380 시간째에 벨트 수명이 저하되기 시작할 때 우레탄이 0.26 mg/mm3의 초과량으로 취하여질 때까지 약 400 시간의 벨트 수명 하에 우수한 성능을 나타내었다.
아라미드 코드 벨트와는 대조적으로 탄소 섬유 코드를 사용하여 본 발명에 따라서 제조한 8 mm 및 14 mm 벨트는 둘다, 벨트의 코드 틈새가 코드 길이 1 mm에 대해 코드 부피 1mm3 당 최소 0.20 mg의 양으로 취하였을 때 약 480 시간의 벨트 수명을 나타내는 견지에서 성능 면에서 예기치 않은 개선을 나타내었다. 심지어, 탄소 코드가 최소 약 0.24 mg/mm3의 양으로 취하였을 경우에도 약 800 시간의 벨트 수명을 갖는 상당한 벨트 성능의 개선을 나타내었다. 우레탄이 0.28 mg/mm3의 증가된 양으로 취하여질 경우, 벨트 성능은 약 1900 시간으로 증가하였다. 탄소 섬유가 탈이온수와 약 60 도 이하의 접촉각을 형성할 때 벨트를 주조하는 동안 벨트 재료가 코드를 충분히 침투하였다. 3/8 피치 및 6K-2(12,000 섬유)의 탄소 섬유를 갖는 벨트 구조물도 제조하였다.
이상에서는 구체적인 실시양태에 의거하여 본 발명을 설명하였지만, 이들은 예시적인 것에 불과할 뿐, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의해서 정하여진다.
본 발명에 의하면, 탄소 섬유를 코드 재료로 하고 우레탄 벨트 재료를 사용하는 톱니형 벨트가 제공된다. 본 발명의 벨트는, 벨트를 주조할 때 코드에 벨트 재료를 소정의 최소량의 취하여지도록 하는 방식으로 처리함으로써, 종래 기술의 아라미드 코드 벨트에 비해 향상된 벨트 수명과 성능을 나타낸다.
도 1 은 매립된 코드와 벨트 톱니를 구비한 본 발명의 벨트를 도시한 것으로서, 횡단면으로 부분 절취한 부분 종단면도이다.
도 2 는 매립된 코드를 보여주는 도 1 의 선 2-2 를 따라서 취한 확대된 부분 횡단면도이다.
도 3 은 도 2 와 유사한 도면이지만, 종래 기술의 매립된 코드를 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 벨트와 종래 기술의 벨트에 대하여 코드 처리의 함수로서 벨트 성능을 도시한 챠트이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 벨트
12: 우레탄 벨트
14: 벨트 톱니
16: 내마모성 직물
18 : 인장 부재

Claims (4)

  1. 주조(cast) 우레탄 벨트 재료로 된 벨트 몸체; 상기 몸체로 형성되고 일정한 피치(pitch)로 이격되어 있는 벨트 톱니(belt teeth); 상기 벨트 톱니의 주위 표면을 따라 배치된 내마모성 직물 보강재; 및 상기 벨트 몸체 내에 매립된 길이와 부피를 갖는, 나선상으로 권취된 코드(cord) 및 섬유의 얀(yarn)으로 된 인장 부재(tensile member)를 포함하는 동기(同期) 동력 전달 벨트로서,
    섬유 사이에 틈새(interstice)를 보유하는 탄소 섬유의 얀 코드 인장 부재; 및
    벨트가 주조될 때, 적어도 코드 틈새 일부를 관통하는 벨트 재료를 포함하는 코드 처리재(cord treatment)[여기서, 상기 코드는 코드 길이 1 mm에 대하여 코드 부피 1 mm3 당 벨트 재료를 최소한 약 0.21 mg 취함]를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기 동력 전달 벨트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코드가 코드 길이 1 mm에 대하여 코드 부피 1 mm3 당 벨트 재료를 최소한 약 0.28 mg 취하는 것인 벨트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유는 사이징(sizing) 처리되어, 처리된 섬유가 탈이온수와 60° 이하의 접촉각을 형성하는 것인 벨트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코드가 약 12,000개 내지 약 54,000개의 탄소 섬유를 포함하는 것인 벨트.
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